Классификация линз

Выпуклая линза
Выпуклая линза — это линза, у которой центр толще, а края тоньше. Выпуклые линзы обладают функцией сходящихся световых лучей, поэтому их также называют «схождящими линзами» или «положительными линзами» (могут использоваться для очков при дальнозоркости и для чтения). Этот тип линзы можно разделить на:
а. Двояковыпуклая линза — линза с двумя выпуклыми поверхностями;
б. Плосковыпуклая линза — линза, у которой одна сторона выпуклая, а другая — плоская;
c. Выпуклая выпуклая линза — линза с одной выпуклой и одной вогнутой стороной.
Закон формирования изображения для выпуклых линз относится к инвертированному действительному изображению объекта, расположенного за фокальной точкой с другой стороны выпуклой линзы. Существуют три типа действительных изображений: уменьшенное, равного размера и увеличенное. Чем меньше расстояние от объекта до линзы, тем больше расстояние до изображения и тем крупнее само изображение. Если объект помещён внутри фокальной точки, то на той же стороне выпуклой линзы образуется прямое увеличенное мнимое изображение. Чем меньше расстояние от объекта до линзы, тем меньше расстояние до изображения и тем меньше мнимое изображение. В оптике изображение, образующееся в результате схождения реальных лучей света, называется действительным изображением; его можно запечатлеть на световом экране. Напротив, изображение, возникающее вследствие пересечения воображаемых лучей, называется мнимым изображением и воспринимается только глазами.
Опытные учителя физики часто упоминают метод различения между реальными и виртуальными изображениями: «Реальные изображения являются перевёрнутыми, тогда как виртуальные — прямые». Так называемые «прямые» и «перевёрнутые», разумеется, относятся к исходному объекту.
Введите параллельные лучи света (например, солнечный свет) параллельно главной оптической оси (линия, соединяющая центры двух сферических поверхностей выпуклой линзы, называется главной оптической осью линзы) в выпуклую линзу. После двух преломлений по обе стороны линзы свет концентрируется в точке на оси, которая называется фокальной точкой выпуклой линзы (обозначается как F; по-английски — focus). Выпуклая линза имеет две твёрдые фокальные точки по обе стороны от зеркала, и в случае тонкой линзы расстояние между этими двумя фокальными точками и центром линзы примерно равно. Фокусное расстояние выпуклой линзы — это расстояние от фокальной точки до центра линзы, обычно обозначаемое буквой f. Чем меньше радиус сферической поверхности выпуклой линзы, тем короче её фокусное расстояние.
Выпуклые линзы могут использоваться в увеличительных стёклах, очках для людей с пресбиопией и дальнозоркостью, камерах, кинопроекторах, микроскопах и телескопах. Главная ось выпуклой линзы — это прямая, проходящая через два сферических центра C1 и C2 выпуклой линзы. Оптический центр: точка O в выпуклой линзе является её оптическим центром. Фокус: Световые лучи, параллельные главной оси, проходят через выпуклую линзу и сходятся в точке F на главной оптической оси; эта точка и является фокусом выпуклой линзы.
Фокусное расстояние: Расстояние от фокальной точки F до оптического центра O выпуклой линзы называется фокусным расстоянием и обозначается буквой f.
Расстояние до объекта: Расстояние от объекта до оптического центра выпуклой линзы называется расстоянием до объекта и обозначается буквой u.
Расстояние до изображения: Расстояние от изображения, образованного объектом, проходящим через выпуклую линзу, до оптического центра выпуклой линзы называется расстоянием до изображения и обозначается буквой v.
Формула: 1/u (расстояние до объекта) + 1/v (расстояние до изображения) = 1/f (фокусное расстояние линзы)
(Что касается положительных и отрицательных значений символов: расстояние до объекта u всегда принимается как положительное значение. Положительные и отрицательные значения расстояния до изображения v определяются реальными и мнимыми изображениями соответственно. Для реальных изображений v является положительным, а для мнимых — отрицательным. Фокусное расстояние f для выпуклых линз положительно, а для вогнутых линз — отрицательно.)
Вогнутая линза
Вогнутая линза, также известная как отрицательная сферическая линза, имеет тонкую середину и толстые края, образуя вогнутую форму; поэтому её также называют вогнутой линзой. Вогнутая линза оказывает рассеивающее действие на свет. После того как параллельный пучок света преломляется через вогнутую сферическую линзу, он рассеивается и превращается в рассеивающийся пучок света, что делает невозможным образование реальной фокальной точки. По продолжению противоположной линии рассеивающегося пучка света он пересекается в точке F на той же стороне, что и исходный пучок света, образуя таким образом мнимую фокальную точку.
Геометрическая построение изображения в вогнутой линзе аналогично построению изображения в выпуклой линзе. С верхней части объекта также исходят две прямые: одна параллельна главной оптической оси, проходит через вогнутую линзу и отклоняется в расходящийся пучок света, возвращая этот преломлённый свет в обратном направлении к главному фокусу; другая — проходит через оптический центр линзы. Точка пересечения этих двух прямых является изображением объекта.
Изображение, образуемое вогнутой линзой, всегда меньше прямого мнимого изображения объекта, и вогнутые линзы в основном используются для коррекции близорукости.
Вогнутые линзы обладают функцией рассеивания света, поэтому их также называют «рассеивающими линзами» или «отрицательными линзами» (могут использоваться для очков при близорукости). Этот тип линз можно дополнительно разделить на:
а. Двояковыпуклая линза — линза с двумя вогнутыми поверхностями
б. Плосковыпуклая линза — линза с одной вогнутой стороной и одной плоской стороной
c. Выпукло-вогнутая линза — линза с одной выпуклой и одной вогнутой стороной
Линия, соединяющая центры кривизны с обеих сторон, называется главной осью, а центральная точка O — оптическим центром. Свет, проходящий через оптический центр, не преломляется, независимо от того, откуда он приходит. Пучок света, параллельный главной оси, при преломлении на вогнутой линзе расходится во все стороны. Продолжение луча, направленное против направления его расхождения, сходится в одной точке F на той же стороне, что и источник света; преломлённый свет точно исходит из точки F, которая называется мнимым фокусом. Такой фокус есть с каждой стороны линзы. Вогнутая линза также известна как рассеивающая линза. Фокусное расстояние вогнутой линзы — это расстояние от фокусной точки до центра линзы. Чем больше радиус сферической кривизны линзы, тем длиннее её фокусное расстояние. Если линза тонкая, то фокусные расстояния с обеих сторон равны.
Изображение, формируемое вогнутой линзой, всегда меньше, чем объект.